到了20世纪90年代,随着能源问题的困扰,人们越发感受到了对PWM整流器研究的必要性,使得PWM整流器成为了当时的研究热门,当时人们研究出了PWM整流器拓扑结构和控制拓展,同时与PWM整流器有关的其他应用也得到了大力开发,如有源滤波器、超导储能、交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制等,这些应用技术的研究,又促进了PWM整流器及其控制技术的进步和完善。
这一时期PWM整流器的研究主要集中于以下几个方面:
1) PWM整流器的建模与分析;
2)电压型PWM整流器的电流控制;
3)主电路拓扑结构研究;
4)系统控制策略研究;
5)电流源型PWM整流器研究;
到了如今21世纪,我们对PWM整理器的研究越发完善,研究领域越发宽广,内容也在不断深入,研究人员相继提出了一些比较新颖的系统控制策略,主要是以下几个方面
(1)无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制
(2)基于Lyapunov稳定性理论的PWM整流器控制
(3)PWM整流器的时间最优控制
(4)电网不平衡条件下的PWM整流器控制
2 PWM整理器的分类及工作原理
2.1 分类
PWM整流器分为电流型PWM整流器和电压型PWM整流器
电流型PWM整流器:电流型PWM整流器即CSR,CSR特征是采用电感进行直流储能,从而使CSR直流侧呈现高阻抗的电流源特性。但电流型可能因负载多为感性,直流侧电感往往体大笨重,应用较少,现在通常采用的CSR一般都有单相的和三相的。CSR的特性除了能直接储能电感外,其与VSR相比,CSR在交流侧多了滤波电容,主要作用是与网侧电感一起组成LC三阶低通滤波器,以此来减少网侧谐波电流,抑制CSR交流侧谐波电压。CSR功率开关管串联二极管,阻断反向电流和提高开关管的反向耐压能力。
电流型PWM整流器结构图如下
图2-1 三相CSR拓扑结构
电压型PWM整流器:电压型PWM整流器特征是直流侧采用电容进行直流储能,从而使VSR直流侧呈低阻抗的电压源特性。由于其电路结构简单,便于控制,响应速度快,成为目前研究及实际应用较多的整流类型。
电压型PWM整流器的拓扑结构比电流型的多,主要有单相半桥、全桥VSR拓扑、三相半桥、三电平VSR拓扑结构和基于软开关调制的VSR拓扑结构。
三相电压型PWM整流器结构图如下
图2-2 三相半桥VSR拓扑结构
2.2 PWM整流器的工作原理
2.2.1 PWM整流电路基本特性
现如今的PWM整流器与以前相比,性能特性有了很大的提高,现在PWM整流器主要优点有:
(1)网侧电流为正弦波;
(2)网侧功率因数可控制(如单位功率因数控制);
(3)电能双向传输:
(4)较快的动态控制响应。
下图为PWM整流器模型电路:
图2-3 PWM整流器模型电路图
图中 为交流电动势, 为网侧电感, 为负载电阻,
当不计较功率管损耗时,有
式中:、 ——模型电路交流侧电流、电压;
、 ——模型电路直流侧电流、电压。
由上式可知:通过对模型电路交流侧的控制,就可以控制其直流侧,反之亦然。以下从模型电路交流侧入手,来分析PWM整流器的运行状态和控制原理。
2.2.2 PWM整流电路工作原理
研究PWM整流电路工作原理即研究单相和三相PWM整流电路的拓扑结构和工作原理,下图为单相PWM整流电路
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